Technologie PCB - Apsim SPI pour Power Integrity

Dans la conception de PCB, la disposition et l'analyse de la qualité des circuits à grande vitesse sont sans aucun doute au Centre des discussions des ingénieurs. Surtout maintenant que les circuits fonctionnent de plus en plus souvent. Par example, les fréquences d'application des cartes de circuit DSP (Digital Signal Processing) à usage général sont très courantes dans la gamme 150 - 200 MHz. Il n'est pas surprenant que les cartes CPU atteignent plus de 500 MHz dans des applications pratiques. La conception du circuit GHz est déjà très populaire dans l'industrie. La conception de toutes ces cartes PCB est généralement réalisée par la technologie de plaques multicouches. Dans la conception de panneaux multicouches, il est inévitable d'adopter la technologie de conception de la couche de puissance. Cependant, dans la conception de la couche de puissance, la conception devient très complexe en raison de l'application hybride de plusieurs types d'alimentation.

Alors, quel est le problème persistant parmi les ingénieurs PCB? Comment définir le nombre de couches de PCB? Combien de couches sont incluses? Comment organiser le contenu de chaque couche de la manière la plus rationnelle? S'il doit y avoir plusieurs couches de mise à la terre, comment alterner les couches de signal et les couches de mise à la terre, etc.

Comment concevoir plusieurs types de systèmes Power Block? Comme 3.3V, 2.5V, 5V, 12V, etc. la division rationnelle de la couche d'alimentation et le problème de la mise à la terre commune sont un facteur très important qui affecte la stabilité du PCB.

Comment concevoir un condensateur de découplage? L'utilisation d'un condensateur de découplage pour éliminer le bruit de commutation est une méthode courante, mais comment déterminer sa capacité? Où placer le condensateur? Quand utiliser quel type de condensateur, etc.

Comment éliminer le bruit de rebond du sol? Comment le bruit de rebond du sol affecte - t - il et interfère - t - il avec les signaux utiles? Comment puis - je éliminer le bruit du chemin de retour? Dans de nombreux cas, la conception de circuits déraisonnables est la clé de la défaillance des circuits, et la conception de circuits est souvent le travail des ingénieurs.

Comment concevoir rationnellement la distribution de courant? En particulier, la conception de la distribution de courant dans la couche de terre est très difficile, si le courant total n'est pas réparti uniformément dans la carte PCB, cela affectera directement et clairement le fonctionnement instable de la carte PCB.

En outre, il existe des problèmes de signalisation courants tels que les dépassements, les descentes, les sonneries (oscillations), les retards temporels, l'adaptation d'impédance, les bavures, etc., mais ces problèmes sont inextricablement liés aux problèmes mentionnés ci - dessus. Il existe une relation de cause à effet entre eux.

En règle générale, les cartes PCB haute vitesse de haute qualité doivent être conçues en tenant compte de l'intégrité du signal (si - Signal Integrity) et de l'intégrité de la puissance (PI - Power Integrity). Alors que des résultats plus immédiats se manifestent dans l'intégrité du signal, nous ne devons pas négliger la conception de l'intégrité de l'alimentation. Parce que l'intégrité de l'alimentation affecte directement l'intégrité du signal de la carte PCB finale.

Il y a un grand malentendu parmi les ingénieurs PCB, en particulier ceux qui utilisent des outils EDA traditionnels pour la conception de PCB à grande vitesse. De nombreux ingénieurs nous demandent: « Pourquoi les résultats de l’analyse de l’outil d’intégrité du signal si d’eda ne correspondent - ils pas aux résultats réels des tests de nos instruments, et les résultats de l’analyse sont souvent idéaux? » en fait, la question est simple. La raison de ce problème est que, d'une part, les techniciens du fabricant EDA n'ont pas expliqué clairement; D'autre part, la compréhension des résultats de simulation de PCB Designer. Nous savons que l’outil EDA le plus utilisé sur le marché chinois est l’outil d’analyse si (Signal Integrity). Le si est une analyse basée sur des modèles de câblage et d'équipement qui ne tiennent pas compte de l'impact de l'alimentation, la plupart d'entre eux étant même des Appareils analogiques. Quoi qu'il en soit (l'hypothèse est idéale), il est concevable que de tels résultats analytiques et réels doivent être faux. Parce que dans la plupart des cas, l'impact de l'intégrité de l'alimentation dans une carte PCB est plus grave que si.

À l'heure actuelle, bien que certains fabricants d'EDA offrent déjà partiellement la fonction d'analyse Pi (Power Integrity), les utilisateurs ne peuvent toujours pas voir de résultats proches des résultats réels des tests en raison de la séparation complète de leur fonction d'analyse de si (Signal Integrity). Rapport d'analyse. Pi et si sont étroitement liés. Dans de nombreux cas, la principale cause qui affecte la singularité du signal est le système d'alimentation. Par exemple, le condensateur de découplage n'est pas bien conçu, la conception de la couche de terre n'est pas raisonnable, l'impact de la boucle est très grave, la distribution du courant n'est pas uniforme, le bruit de rebond de la terre est excessif, etc.

En tant qu'ingénieur en conception de PCB, j'aimerais vraiment voir un rapport d'analyse proche des résultats réels, de sorte qu'il est facile de corriger et de dépanner et d'obtenir l'effet d'une conception simulée réaliste. La discussion ci - dessus a été rendue possible par l'émergence des outils SPI. L'abréviation anglaise de SPI est Signal Power Integrity et, comme son nom l'indique, c'est un outil d'analyse qui intègre l'intégrité du signal si et l'intégrité de la puissance pi. Par conséquent, si et pi ne seront plus exécutés séparément.

Apsim - spi est le premier et le seul produit de l'industrie qui combine l'intégrité du signal et l'intégrité de la puissance. Avec l'outil SPI, les ingénieurs PCB peuvent observer des formes d'onde à partir de formes d'onde simulées, ce qui est très proche des tests réels de l'instrument. En d'autres termes, la conception théorique et les tests pratiques sont désormais comparables.

La fonction si traditionnelle est une analyse isolée dans l'hypothèse où la couche de puissance, etc., est dans un état idéal. Bien qu'il ait un grand effet secondaire, il n'y a pas d'effet global et il est difficile pour l'utilisateur d'éliminer simplement les erreurs basées sur les résultats de l'analyse si. En guise d'hypothèse, si la carte PCB, en raison de son VCC et de ses lignes de masse très minces, le circuit ne fonctionnera naturellement pas à ce stade. Il est également facile de détecter des changements étranges dans le signal très graves en utilisant des instruments tels que des Oscilloscopes. Mais cette conception est facile à imaginer, si vous utilisez un outil d'analyse si universel, vous ne pouvez pas simuler les variations étranges du signal. La situation à ce stade est que, bien que la forme d'onde du résultat de la simulation soit très complète et qu'il n'y ait pas de variations bizarres, elle a en fait changé de façon assez singulière pour fonctionner de manière remarquable. Ainsi, un ingénieur a demandé un jour: « pourquoi la forme d'onde du signal dans la simulation si ne change - t - elle pas lorsque nous organisons l'alimentation et le fil de terre dans une carte PCB, même étroite? » parce que votre Pi n'est pas pris en compte dans la simulation si. En d'autres termes, vos cordons d'alimentation et de mise à la terre ne sont pas pris en compte. La seule façon de résoudre ce problème est d'utiliser l'outil SPI. SPI prend pleinement en compte la couche de terre, y compris les lignes de terre dans la couche de signal, ainsi que le remplissage de signal sur une grande surface dans l'analyse d'intégrité du signal si. Les signaux instables ou les interférences de ces couches géoélectriques seront complètement superposés aux résultats de la simulation si. Ce n'est qu'alors que l'effet réel du travail peut être simulé, et bien sûr le résultat final est également proche du résultat réel du test. Facile à considérer et à corriger visuellement par les ingénieurs.

Afin de permettre une combinaison organique de si et pi, apsim - spi a apporté des ajustements majeurs au modèle interne, aux méthodes de calcul, à l'interface utilisateur, aux fonctions d'analyse et aux mécanismes de simulation, entre autres. L'objectif est de garantir la perfection des fonctions SPI, à condition que l'utilisation reste pratique pour l'utilisateur. Par exemple, dans la modélisation rlgc et l'extraction de paramètres de distribution, l'extraction de paramètres rlgc de SPI est beaucoup plus complexe que l'extraction de paramètres si auparavant simple. Car les paramètres parasites de la couche de terre et la relation de connexion entre la couche de terre et la ligne de signal doivent être pleinement pris en compte dans le SPI.

Apsim - spi tiendra pleinement compte de l'impact de la couche de terre lors de l'analyse des variations impaires du signal. Parce que SPI prend en compte de manière synthétique le modèle paramétrique parasite de la couche de terre et le modèle paramétrique du câblage du signal lors de la modélisation, ainsi que le modèle de dispositif Ibis ou spice. Ainsi, qu'il s'agisse de concevoir des éléments analogiques tels que des condensateurs de découplage, des condensateurs de filtrage, des résistances terminales, etc., ou des bruits de commutation SSO, des bruits de rebond de masse, etc., générés par le circuit en cours de fonctionnement, se reflètent dans la forme d'onde résultante de la Simulation finale.

Avec l'outil SPI d'apsim, les ingénieurs PCB peuvent observer visuellement les changements étranges du signal lors de la conception d'une carte PCB et effectuer des ajustements à temps. Si vous trouvez que votre ligne de terre n'est pas assez large, le signal peut être bruyant ou même déformé. À ce stade, vous pouvez ajuster la largeur du fil de terre jusqu'à ce que vous soyez satisfait. Dans le passé, quelle largeur aurait dû avoir la ligne de terre? Les ingénieurs ne peuvent déboguer que par expérience et il n'y a pas d'outils qui peuvent les aider dans leurs conseils de conception. Si les fils de terre ne sont pas disposés, la probabilité que la carte PCB ne fonctionne pas est très élevée. Mais les cartes PCB d'aujourd'hui sont très complexes, non seulement la largeur de la ligne de terre, mais aussi le remplissage du plan de masse, la conception de plan de masse multicouche, en particulier la technologie de segmentation du plan de masse, etc. différentes fréquences nécessitent une utilisation différente. Méthodes de traitement. Si seulement une expérience limitée ne répond pas aux exigences de conception. Maintenant, avec l'aide d'apsim - spi, un ingénieur PCB peut facilement savoir si sa conception de plan de masse et de système de ligne de terre est raisonnablement efficace.

Par exemple: lors de la conception d'un panneau multicouche, de nombreux ingénieurs ne savent souvent pas s'il faut mettre la couche de signal ou la couche de terre en premier lorsqu'ils pensent à la façon d'organiser chaque couche? Les couches de signal et de mise à la terre sont - elles placées en alternance ou de manière centralisée? Désormais, les ingénieurs peuvent clairement obtenir les meilleurs résultats en fonction des résultats de simulation SPI.

Un autre exemple: Comment diviser quand il y a plusieurs Alimentations sur le plan local, par exemple 3,3 volts, 2,5 volts, 5 volts, etc.? Dans le passé, les ingénieurs ne pouvaient compter que sur une expérience limitée, ils ne pouvaient considérer que la rationalité à partir de la Division des frontières. Si la conception de cet aspect n'est pas raisonnable, les conséquences sont concevables. Je crois que les ingénieurs ont une expérience profonde. Cependant, comme la couche de terre est généralement située dans la couche intermédiaire de la carte PCB, il est difficile de la modifier pour la mise en service car elle n'est pas physiquement accessible du tout. En effet, lors de la conception d'une couche multi - alimentation, il est important de prendre en compte non seulement les problèmes de délimitation entre les différentes zones, mais aussi les problèmes de filtrage, les problèmes de co - implantation, etc. avec l'outil SPI, les ingénieurs peuvent facilement réaliser une conception rationnelle de la Division de Zones Multi - alimentation. S'il n'est pas raisonnable, le signal est déformé pendant la simulation, ce qui n'était pas possible auparavant.

Tout le monde connaît la gravité de ce bruit lorsqu'il s'agit de bruit de rebond à la terre et de bruit de commutation SSO (en Eda, ce bruit est résumé dans le cadre de l'analyse d'intégrité de puissance pi), en particulier les PCB à grande vitesse, qui rencontrent souvent des conditions de travail instables. En effet, il est très probable qu'il soit causé par le bruit de commutation ou de rebond à la terre. Les ingénieurs doivent également connaître quelques solutions simples. Mais d’un point de vue quantitatif, c’est très compliqué. Par exemple: un moyen simple et efficace d'éliminer le bruit de commutation SSO consiste à ajouter un condensateur de filtrage entre l'alimentation et la masse. La méthode courante consiste à ajouter quelques condensateurs électrolytiques de différentes qualités et types. Les ingénieurs doivent facilement déterminer quantitativement la tension maximale de ces condensateurs. (dans la mesure où cela peut être calculé à partir de la tension de fonctionnement de la carte PCB), comment déterminer quantitativement la capacité (valeur Capacitive) de ces condensateurs, souvent simplement par expérience, ou en se référant à la conception d'autres circuits. Parce qu'il est très difficile de compter sur la théorie pour calculer. Surtout maintenant que les circuits PCB sont si complexes, il est plus difficile de compter sur des calculs manuels. Le placement des condensateurs est également l'un des facteurs qui ne sont pas faciles à déterminer. Cependant, la mise en place de ces condensateurs électrolytiques et le rôle de filtrage qu'ils jouent seront étroitement liés. (la méthode courante consiste à le placer sur la prise de courant de la carte PCB).

Maintenant, avec l'outil apsim - spi, les ingénieurs peuvent facilement concevoir et vérifier les effets de ces condensateurs de filtrage. Et déterminer efficacement la position de ces condensateurs et leur valeur Capacitive. Ne pas utiliser trop de condensateurs, et il ne peut pas y en avoir moins!

Apsim - spi dispose également de nombreuses fonctionnalités liées aux variations de signaux impairs et à la conception analogique. Nous pensons que la conception actuelle de la carte PCB à grande vitesse doit utiliser des moyens auxiliaires avancés. SPI combine des années d'expérience en conception avec des techniques d'analyse si et pi avancées pour simuler directement et de manière réaliste l'état de fonctionnement spécifique d'une carte PCB, plus proche des résultats de test réels. SPI offre une toute nouvelle plate - forme de mise en service qui permet la transition vers un environnement de simulation conçu sur la base de nombreuses années d'expérience. Grandement amélioré le taux de réussite de la conception primaire de PCB à grande vitesse. SPI est progressivement devenu l'outil d'analyse de conception le plus populaire et le plus nécessaire pour les ingénieurs de conception de PCB à haute vitesse de l'industrie. SPI travaille en étroite collaboration avec d'autres outils de conception de PCB de l'industrie. Comme mentor Graphics, cadence, Pads, Protel,...